慢性肾脏病患者铁缺乏的治疗进展

刘 丹,朱 丹*，郭楠楠，徐 莹

0 引言

铁作为微量元素在多种生理过程中都是必不可少的，它参与血红蛋白、肌红蛋白、细胞色素和酶等的合成，在氧运输、酶活性和能量代谢等方面都发挥重要作用[1]。有研究报道，在慢性肾脏病(Chronic kidney disease，CKD)患者中，约24%～85%的患者存在铁缺乏(Iron deficiency，ID)[2]，与患者的生活质量受损、工作效率降低和疲劳等方面相关。机体对铁稳态调节是至关重要的，铁调素(Hepcidin，Hepc)在这一过程中起主要作用[3]。本文综述了铁代谢的过程、ID的原因以及治疗策略，并重点介绍了治疗铁缺乏的新兴药物的安全性和有效性，以及新的具有发展前景的ID治疗方案的研究进展。

1 CKD患者的铁代谢

铁的吸收主要发生在十二指肠。食物中的Fe(III)被肠细胞顶膜中的十二指肠细胞色素B还原酶(Duodenal cytochrome B reductase,DCYTB)还原为Fe(II)。然后Fe(II)通过二价金属转运蛋白1(Divalent metal transporter 1,DMT1)转运到肠上皮细胞。吸收入肠上皮细胞的铁可以直接被肠细胞利用，也可以储存在铁蛋白中，或者通过位于肠细胞基底膜侧的膜铁转运蛋白(Ferroportin，FPN)释放到循环中，与转铁蛋白(Transferrin，TF)结合，在血浆中以Fe-TF复合物的形式转运到靶细胞，与转铁蛋白受体(Transferrin receptor，TFR)结合，以胞吞的方式进入细胞促使机体利用铁[4-5]。但是如果血清铁超过了TF的承载能力，例如大量输血或肠外给予铁，就会形成非转铁蛋白结合铁(Non-transferrin-bound iron，NTBI)，NTBI具有很高的毒性潜力，可能导致细胞损伤[6]。

2 铁缺乏的分类及诊断

CKD患者中的ID主要以2种形式存在：一种是体内铁储存绝对性减少，定义为绝对性铁缺乏(Absolute iron deficiency，AID)；另一种是虽然全身铁储存正常或增加，但不能供应给骨髓充足铁利用，定义为功能性缺铁(Functional iron deficiency，FID)[7]。

血清铁蛋白(Serum ferritin，SF)和转铁蛋白饱和度(Transferrin saturation，TSAT)是临床上常用的诊断机体的铁代谢状态的指标。AID表现为低TSAT(<20%)和低SF，而FID表现为低TSAT(<20%)伴SF正常或升高[8]。SF反映机体内铁的储存，当血清铁水平降低时，可刺激储存于巨噬细胞和肝细胞的SF降解释放铁，以恢复血清中铁的水平。TSAT是血清铁与总铁结合量(Total iron binding force，TIBC)的比值，可以反映循环中铁的有效利用程度[9]。但是由于SF是一种阳性急性时相反应物，TIBC是一种阴性急性时相反应物，炎症可以引起与铁状态无关的SF升高和TIBC降低，所以ID的诊断需要考虑CKD患者中炎症状态的影响[10]。

3 铁代谢的调节

3.1 铁调素对铁代谢的调节 CKD患者常见ID、贫血和炎症这3个特征，并且在铁循环的不同阶段扰乱铁的动态平衡，而Hepc是主要的参与者。Hepc 是肝脏产生的一种肽，调节肠道铁的吸收和巨噬细胞、肝细胞储存铁的释放。Hepc的表达受骨形态发生蛋白6-铁调素调节蛋白-SMAD蛋白(Bone morphogenic protein 6-hemojuvelin-suppressor of mothers against decapentaplegic，BMP6-HJV-SMAD)和白介素-6-信号传导和转录激活因子3(Interleukin-6-signal transducers and activators of transcription 3,IL-6-STAT3)信号级联调控。BMP6结合BMP受体和HJV辅助受体，导致SMAD1/5/8磷酸化。磷酸化的SMAD蛋白与SMAD4结合，穿过核膜结合到Hepc基因的启动子区域，诱导Hepc的表达。炎症刺激IL-6增加与IL-6受体结合，并激活Janus激酶/信号传导和转录激活因子3(Janus kinase/signal transducers and activators of transcription 3,JAK-STAT3)信号通路，促进 STAT3磷酸化。磷酸化的STAT3转位到肝细胞核，与Hepc基因启动子区域的STAT3反应元件结合，诱导Hepc的表达[11-12]。升高的Hepc通过与FPN结合，并诱导其在溶酶体中内化和降解，减少肠道铁的吸收，阻止铁从储存部位释放到循环;相反，降低Hepc水平可以促进铁的可用性。随着TSAT和肝脏铁水平的增加，其合成被上调，而促红细胞生成素(Erythropoietin，EPO)、红细胞生成和缺氧则下调了Hepc的合成。而CKD患者的炎症既是Hepc合成的正性调节因素，同时也是FID发生的主要原因[3,13]。

3.2 低氧诱导因子对铁代谢的调节 低氧诱导因子(Hypoxia-inducible factor，HIF)是一种转录因子，是细胞对缺氧适应的主要调节因子。HIF由氧敏感的α亚基和氧不敏感的β亚基组成。脯氨酰羟化酶结构域(Prolyl hydroxylase domains，PHDS)属于Fe2+和2-氧戊二酸依赖的双加氧酶超家族，能起到细胞氧传感器的作用。在常氧环境下，HIF-α 上的脯氨酸残基被PHDs羟化后与希佩尔·林道蛋白(Von-Hippel-Lindau蛋白)结合，从而被 E3 泛素-蛋白酶快速降解；相反，在低氧条件下，可以抑制PHDs对HIF-α脯氨酸残基的羟基化，HIF-α转位到细胞核中，与HIF-β形成异二聚体，并与缺氧反应元件结合，诱导EPO在内的多种靶基因转录。由于PHDs对铁的依赖性，ID可以通过稳定HIF上调铁代谢基因。如HIF可以通过上调DCYTB、DMT1和FPN，促进铁的吸收利用；HIF还可以通过直接与Hepc的启动子结合抑制其启动子转录来降低Hepc的产生[14-15]。

3.3 EPO及erythroferrone(ERFE)对铁代谢的调节 EPO是一种糖蛋白激素，促进红细胞的生成，增加铁的利用。先前报道显示，无论铁状态如何，EPO都能降低Hepc的水平，红细胞生成的过程中可能释放一种尚未确定的物质抑制Hepc产生[16]。最近有研究表明，内源性或外源性EPO可以刺激红细胞分泌ERFE。ERFE可以通过抑制肝脏BMP/SMAD信号转导通路，从而抑制Hepc的生成，促进储存的铁的动员。因此，在EPO诱导CKD患者红细胞生成的过程中，ERFE可能是动员储存铁释放的关键调节因子[8,17]，但是ERFE在CKD相关性贫血中能否作为EPO反应性的生物标志物或能否成为治疗ID手段还有待进一步阐明。

4 铁缺乏的治疗

在CKD患者中，ID的治疗主要是针对由缺铁引起的肾性贫血的治疗。铁剂是纠正ID主要的治疗方法。随着对CKD铁稳态调节认识的加深，新的铁替代疗法药物以及低氧诱导因子脯氨酸羟化酶抑制剂(Hypoxia-inducible factor prolyl hydroxylase inhibitors，HIF-PHI)的应用使CKD患者缺铁性贫血的治疗模式发生了转变，并且有望进一步开发新的诊断和治疗工具来改善铁紊乱的管理，如针对Hepc、成纤维细胞生长因子23(Fibroblast growth factor 23，FGF23)在铁稳态中作用的研究。

4.1 铁剂 铁剂包括口服和静脉补铁制剂两类。口服补铁吸收不足和胃肠道不良反应是临床上口服铁剂应用的主要问题。近年来出现了的新的口服铁剂，如：柠檬酸铁、麦芽酚铁、血红素铁多肽和蔗糖铁，与传统的铁剂相比，这些新药物不但可以更有效地提高血红蛋白水平，而且减少了不良反应的发生，取得了更好的临床治疗效果[18]。而静脉铁剂虽然可以快速提高血清铁的浓度，使铁可以更快地用于血红蛋白的合成，克服由高水平的Hepc而造成的铁吸收和动员障碍，但是需要关注治疗过程中铁负荷过多引起感染、氧化应激等风险。新一代的静脉铁剂(阿魏酸亚铁、异麦芽糖苷1000和羧甲基麦芽糖铁)具有更高的稳定性，可以维持较低的氧化还原电位和防止有毒的游离铁不受控制地释放，这不但最大限度地降低了氧化应激反应的风险，还可以尽快达到治疗效果，增加药品使用的安全性[3,19]。新的铁剂为CKD患者的铁替代治疗提供了更多的选择性。

4.2 低氧诱导因子脯氨酸羟化酶抑制剂 自2004年以来，已开发出多种HIF-PHI化合物，而且其中的大多数都经过临床试验。在一项HIF-PHI治疗肾性贫血的远期疗效和安全性的荟萃分析(n=13 146)中介绍了HIF-PHI治疗肾性贫血的优缺点：①HIF-PHI无论是长期使用还是短期使用，都能有效地提高血红蛋白水平；②HIF-PHI抑制剂治疗降低TSAT、SF和Hepc，增加TIBC，表明HIF-PHI增加了铁的利用率。但由于过量的铁消耗，可能导致ID，因此，患者长期使用HIF-PHI治疗时，可能需要补充适量的铁剂；③HIF-PHI明显降低了总胆固醇和低密度脂蛋白水平，但并不是所有HIF-PHI都有这样的作用，目前尚不清楚此效果是特定化合物所特有的，还是一种类别效应[20-21]；④CKD患者对长期使用HIF-PHI有良好的耐受性；⑤与安慰剂组比较，接受HIF-PHI治疗的患者更有可能出现腹泻、恶心等胃肠道症状。与接受红细胞生成刺激剂(Erythropoiesis-stimulating agents，ESAs)治疗的患者比较，接受HIF-PHI治疗的患者更容易出现呕吐、头痛和血栓事件，但是长期使用HIF-PHI的患者血栓事件风险的增加并无统计学意义，还需要进一步的研究和临床观察[20]。此外，有研究列举了使用HIF-PHI可能存在的其他潜在风险：HIF参与了许多生物学过程的调节，其中包括促进血管生成。刺激HIF后，血管内皮生长因子可能增加，促进肿瘤生长。虽然到目前为止，在接受HIF-PHI治疗的患者中，并没有血管内皮生长因子水平显著变化的报道，但对血管内皮生长因子和血管生成的长期影响也尚未确定。另外，HIF-PHI还有可能加重糖尿病视网膜病变[22]。这些风险都需要进一步的研究观察。

Roxadustat于2018年12月17日在中国首次获批，用于治疗CKD患者的贫血，是首个进入第3阶段试验的HIF-PHI。除了提高EPO水平外，roxadustat可以通过调节铁代谢，降低Hepc水平来纠正贫血，并且不受CKD患者炎症状态的影响。这表明roxadustat可以改善FID并增加口服铁的吸收[23]。有研究显示，使用roxadustat并不增加感染、心肌梗死、卒中、心力衰竭、死亡等风险。但需要注意上呼吸道感染、高钾血症和代谢性酸中毒等不良反应[24]。最近研究显示，在使用roxadustat治疗CKD患者贫血的过程中出现横纹肌溶解的不良反应，因此，临床医生在使用roxadustat治疗贫血时，还应该意识到横纹肌溶解的可能性[25]。虽然来自Ⅱ期和Ⅲ期临床试验的数据表明，roxadustat是治疗肾性贫血的有效替代品，耐受性良好，但还需要进行更多的长时间、双盲、大样本量的随机对照试验来证明roxadustat的长期安全性和有效性[21]。

4.3 针对Hepc的治疗 目前正在研究新的潜在疗法，包括针对Hepc-FPN轴的治疗，抑制BMP6-HJV-SMAD、IL-6-STAT3通路的治疗等，为ID的治疗提供了新方向。

4.3.1 针对Hepc-FPN轴的治疗 Sasu等[26]在小鼠炎症模型中发现，使用高亲和力抗体抑制Hepc mRNA可以提高小鼠血红蛋白水平，改善贫血。另外，有研究表明，在CKD患者中使用抗FPN单克隆抗体(LY2928057)，能够阻断Hepc与其受体的相互作用，从而减少FPN的内化降解，增加血清铁水平，提高铁的利用率[27]。anticalins工程脂蛋白能够结合小的疏水分子，如Hepc，从而抑制其发挥功能[28]。在I期临床试验中，经过改造的anticalin 蛋白PRS-080#22被证明能够以剂量依赖的方式降低Hepc水平，增加血清铁和TSAT[29]。

4.3.2 抑制BMP6-HJV-SMAD、IL-6-STAT3通路的治疗 Sheetz等[27]用BMP6的单克隆抗体LY3113593特异性阻断CKD患者的BMP6与其受体的结合，结果表明,阻断BMP6-HJV-SMAD通路可以降低Hepc，增加血清铁和TSAT，升高血红蛋白水平。AbbVie开发了人源化的抗HJV单克隆抗体，证明在大鼠和食蟹猴体内单次注射HJV中和抗体ABT-207或H5F9-AM8，对Hepc有长期的抑制作用，并促进血清铁的升高[30]。此外,tocilizumab是一种人源化的抗IL-6受体抗体，已经有临床研究表明，它能显著降低类风湿性关节炎患者的血清Hepc，改善贫血[31]。

抑制Hepc可能增加感染/炎症及肿瘤生长的风险；BMP的阻断可能导致组织(包括腹膜)的钙化[13]。虽然一些药物在临床实验阶段取得了一定的治疗效果，但是安全性和有效性还有待进一步的观察。

4.4 FGF23抑制剂 FGF23除了在调节磷酸盐、维生素D的骨矿化方面具有典型的功能外，在CKD患者的铁代谢中也起着多效性作用[32]。ID、炎症和EPO已经被证明可以增加FGF23蛋白水平[33]，导致CKD患者贫血状况加重。相反，还有研究表明，FGF23可能会促进ID、炎症和贫血。Agoro等[34]通过用肽拮抗剂阻断FGF23信号通路，发现抑制FGF23信号传导可以减轻小鼠模型的炎症，提高血清铁和SF水平改善ID，刺激红细胞生成，逆转CKD小鼠模型的ID和贫血。这表明FGF23抑制剂有望成为缓解CKD患者ID和贫血的新疗法。

5 总结

CKD患者普遍存在ID，包括AID和FID，SF、TSAT是临床上诊断ID最常用的指标，但仍存在一定的局限性，炎症是影响其准确性的主要因素。新的诊断铁状态的标志物虽然取得了一定的成果，但是临床应用还受到一定的限制，如：可溶性转铁蛋白受体，虽然受CKD患者炎症状态影响小，但是其检测成本较高而且缺乏确切的诊断标准；网织红细胞血红蛋白含量、低色素红细胞百分比，虽然能更敏感地诊断骨髓中的铁状态，预测静脉补铁治疗的效果，但还需要解决样品在储存过程中保持其稳定性的问题[35]。这些新的标志物还需要进一步的研究。铁剂是CKD患者AID的有效治疗方法，新的口服和静脉铁剂也减少了既往铁剂治疗过程中的不良反应，HIF-PHI的应用为患者FID的治疗带来了福音，但这些治疗ID的新药物还需要在更大的患者群体中进行深入研究，以评估治疗的有效性和安全性。

近年来，针对Hepc的疗法迅速发展。目前已经确定了几种针对Hepc的治疗方法，其中一些药物目前正在临床试验中进行评估，有望进入临床。而FGF23与铁代谢的相互作用、ERFE对铁代谢的调节还需要未来进一步研究。